Innovation und Effizienzsteigerung bei der Braunkohleverstromung in der Lausitz

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1 Innovation und Effizienzsteigerung bei der Braunkohleverstromung in der Lausitz Energietag Brandenburg 2006 an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus Cottbus, 6. September 2006 Hubertus Altmann, Leiter Technik

2 Übersicht 1. Braunkohleverstromung in der Lausitz die Grundlastkraftwerke der VE-G 2. Innovation aus Sicht eines Energieerzeugers 3. Innovation durch Effizienzsteigerung an bestehenden Anlagen 4. Innovationen an aktuellen Investitionsprojekten 5. Innovationen bei der Entwicklung neuer Verfahrenstechniken Oxyfuel Pilotanlage 6. Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten 7. Zusammenfassung Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 2

3 Die Grundlast-Kraftwerke der VE - Generation vier braunkohlengefeuerte Grundlast-Kraftwerke installierte Leistung (netto) : MW 64% der installierten Gesamtleistung (netto) der VE-G Stromerzeugung (netto): 54 TWh 94% der Gesamterzeugung (netto) der VE-G Kohleverbrauch: 59,943 Mio. t Rbk 60 % der installierten Leistung ist jünger als 20 Jahre (Welt: ca. 30 %) 46 % ist jünger als 10 Jahre Durchschnittlicher Netto- Wirkungsgrad: 37,8 % (Welt: ca. 31 %) (Daten für 2005) Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 3

4 Kraftwerk Jänschwalde installierte Leistung (netto) : MW 6 x 500 MW brutto Netto-Wirkungsgrad: 35,5 % Stromerzeugung (netto): 21,4 TWh Kohleverbrauch: 26,267 Mio. t Rbk Versorgung aus den Tagebauen Jänschwalde und Cottbus-Nord Rekultivierung: Tagebau Cottbus-Nord Milleniumshain (Daten für 2005) Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 4

5 Kraftwerk Schwarze Pumpe installierte Leistung (netto) : MW 2 x 800 MW brutto Netto-Wirkungsgrad: 41,2 % Stromerzeugung (netto): 11,6 TWh Kohleverbrauch: 12,238 Mio. t Rbk Versorgung aus dem Tagebau Welzow-Süd Rekultivierung: Tagebau Welzow-Süd (Daten für 2005) Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 5

6 Kraftwerk Boxberg installierte Leistung (netto) : MW 2 x 500 MW brutto / η netto = 35,0 % 1 x 900 MW brutto / η netto = 42,4 % Stromerzeugung (netto): 14,2 TWh Kohleverbrauch: 15,740 Mio. t Rbk Versorgung aus den Tagebauen Nochten und Welzow-Süd R. Weisflog Rekultivierung: Findlingspark Nochten (Daten für 2005) Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 6

7 Kraftwerk Lippendorf installierte Leistung (netto) : MW 2 x 920 MW brutto VE-G Anteil Block R (875 MW netto ) Netto-Wirkungsgrad: 42,8 % Stromerzeugung Bl. R (netto): 6,7 TWh Kohleverbrauch Bl. R: 5,696 Mio. t Rbk Versorgung aus dem MIBRAG- Tagebau Vereinigtes Schleenhain (Daten für 2005) Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 7

8 Übersicht 1. Braunkohleverstromung in der Lausitz die Grundlastkraftwerke der VE-G 2. Innovation aus Sicht eines Energieerzeugers 3. Innovation durch Effizienzsteigerung an bestehenden Anlagen 4. Innovationen an aktuellen Investitionsprojekten 5. Innovationen bei der Entwicklung neuer Verfahrenstechniken Oxyfuel Pilotanlage 6. Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten 7. Zusammenfassung Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 8

9 Was bedeutet Innovation für einen Energieerzeuger? Invention Innovation Innovation ist die erfolgreiche Umsetzung von neuen Ideen, Technologien, Verfahren und Dienstleistungen am Markt, nicht allein ihre Erfindung Ziel Mehrwert an Lebensqualität Umwelt- und Klimaverträglichkeit Innovation für ein EVU: Realisierung von stetigen Verbesserungen im Zieldreieck Wirtschaftlichkeit Versorgungs- sicherheit Ziel für Innovationen: Alle drei Aspekte des Zieldreiecks ausgewogen zu integrieren Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 9

10 Rolle eines EVU im Innovationsprozess Das Potential einer neuen Technologie hinsichtlich ihres Mehrwertes für die Gesellschaft erkennen. Dieses Potential dem Bedarf und den Erfordernissen von Gesellschaft und Umwelt gegenüberstellen und an diesen ausrichten. Die neuen Technologien bedarfsgerecht umzusetzen und zu realisieren, um die Mehrwertpotentiale zu heben. Aktiv neue Technologien, die Potential versprechen, zu fördern bzw. sich an der Forschung und Entwicklung zu beteiligen Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 10

11 Übersicht 1. Braunkohleverstromung in der Lausitz die Grundlastkraftwerke der VE-G 2. Innovation aus Sicht eines Energieerzeugers 3. Innovation durch Effizienzsteigerung an bestehenden Anlagen 4. Innovationen an aktuellen Investitionsprojekten 5. Innovationen bei der Entwicklung neuer Verfahrenstechniken Oxyfuel Pilotanlage 6. Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten 7. Zusammenfassung Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 11

12 Effizienzsteigerung bestehender Anlagen HD- Retrofit 500-MW-Turbinen KW Boxberg und Jänschwalde Neu-Design der Hochdruckturbine (Läufer und Innengehäuse) Änderung der Betriebsweise Modifizierter Gleitdruck (ohne Regelrad) im KW Boxberg Wirkungsgradsteigerung η (HD-Turbine) 13 %-Punkte innerer Wirkungsgrad HD-Turbine vor Retrofit 77 % nach Retrofit 90 % Gewinn an elektrischer Leistung P el 20 MW Realisierungszeitraum 2002 bis Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 12

13 Effizienzsteigerung bestehender Anlagen Optimierung der Prozessführung der 500-MW-Blöcke Ausgangspunkt: Reparatur und Ersatzteillieferung der Leitsysteme für die 500-MW-Blöcke in Jänschwalde und Boxberg wurden durch den Hersteller abgekündigt Austausch/Teilaustausch von Baugruppen und Teilsystemen in den Leitanlagen Verringerung des Bedienaufwandes durch Erhöhung des Automatisierungsgrades Effektivere Blockfahrweise durch kürzere Anfahrzeiten Projektzeitraum: 2003 bis Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 13

14 Effizienzsteigerung bestehender Anlagen Mitverbrennung von Sekundärbrennstoffen energetische Nutzung von aufbereiteten Siedlungsabfällen Sekundärbrennstoffe (SBS) Bau und Betrieb einer Versuchsanlage und zwei kommerzieller Anlagen im KW Jänschwalde SBS Werk Y1 jährlich eingesetzte SBS-Menge ca t mittlerer SBS-Einsatz je Kessel: 6 t/h Mittlere Dosierrate: 2,2 Ma-% Projektzeitraum: 2001 bis 2005 SBS Werk Y2 Großversuchsanlage Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 14

15 Gliederung 1. Braunkohleverstromung in der Lausitz die Grundlastkraftwerke der VE-G 2. Innovation aus Sicht eines Energieerzeugers 3. Innovation durch Effizienzsteigerung an bestehenden Anlagen 4. Innovationen an aktuellen Investitionsprojekten 5. Innovationen bei der Entwicklung neuer Verfahrenstechniken Oxyfuel Pilotanlage 6. Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten 7. Zusammenfassung Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 15

16 Aktuelle Investitionsprojekte Neubauprojekt KW Boxberg - Block R Bau eines neuen Braunkohle-Kraftwerksblockes am Standort Boxberg Nennleistung: 675 MW Frischdampftemperatur: 600 C Frischdampfdruck: 285 bar ZÜ-Temperatur: 610 C Netto-Wirkungsgrad: > 43 % Start Dauerbetrieb: Frühjahr Umwelt- Klima- und Ressourcenschutz durch höhere Netto-Wirkungsgrade und Verringerung der spez. CO2-Emissionen (Einsatz erprobter und neu entwickelter Komponenten) Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 16

17 Aktuelle Investitionsprojekte Neubauprojekt KW Moorburg Planung eines neuen Steinkohle-Kraftwerkes am Standort Hamburg-Moorburg Nennleistung: 2 x 838 MW el Fernwärmeauskopplung: 450 MW th Frischdampftemperatur: 600 C Frischdampfdruck: 276 bar Netto-Wirkungsgrad: > 46 % Brennstoffausnutzungsgrad: > 57 % Start Dauerbetrieb: Frühjahr Umwelt- Klima- und Ressourcenschutz durch höhere Netto-Wirkungsgrade und Ausnutzung der Kraft-Wärme-Kopplung (Einsatz erprobter und neu entwickelter Komponenten) Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 17

18 Übersicht 1. Braunkohleverstromung in der Lausitz die Grundlastkraftwerke der VE-G 2. Innovation aus Sicht eines Energieerzeugers 3. Innovation durch Effizienzsteigerung an bestehenden Anlagen 4. Innovationen an aktuellen Investitionsprojekten 5. Innovationen bei der Entwicklung neuer Verfahrenstechniken Oxyfuel Pilotanlage 6. Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten 7. Zusammenfassung Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 18

19 Die Oxyfuel Pilotanlage von Vattenfall Kraftwerk Schwarze Pumpe Vattenfall Europe errichtet am Standort Schwarze Pumpe eine auf der Oxyfuel-Technologie basierende Pilotanlage für ein CO 2 -freies Kohlekraftwerk Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 19

20 Die Oxyfuel Pilotanlage von Vattenfall Zeitplan Vor- und Vergabeplanung Genehmigungsplanung Ausführungsplanung Errichtung 1. Spatenstich IBS Betrieb Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 20

21 Die Oxyfuel Pilotanlage von Vattenfall Oxyfuel: Der Prozess Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 21

22 Die Oxyfuel Pilotanlage von Vattenfall Versuchs- und Testprogramm (1) Test Dampferzeuger: Test der Brennstoffe Braunkohle und Steinkohle Veränderung der Braunkohlenstaubfeuchte (10,5 20 %) Variation Sauerstoffüberschuss (1 5 %) Veränderung der Rezirkulation (Menge, Temperatur, O2-Gehalt) Verstellen der Sauerstoffkonzentration an Brennerzonen Bewertung: Verbrennungsverhalten / Flammencharakteristik Ermittlung einer optimalen Brennerkonfiguration Ascheeigenschaften Rauchgaszusammensetzung Wärmeübergang Korrosionspotential Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 22

23 Die Oxyfuel Pilotanlage von Vattenfall Versuchs- und Testprogramm (2) Test andere Komponenten: Zusammenspiel zwischen LZA und Kessel (Lastwechsel) Abscheidegrade von E-Filter, REA und RGK bei verschiedenen Rauchgaszusammensetzungen Erreichbare Rohgasqualität vor CO 2 -processing Restreinigungsleistung CO 2 -processing CO 2 -Rückgewinnungsgrad Gesamtanlage (Ziel > 90 %) Bewertung: Anforderung Prozessführung / Leittechnik optimale ph-wert Einstellung (REA) Korrosionspotential Mindestqualität Rohgas vor CO 2 -processing Ermittlung optimaler Betriebspunkte Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 23

24 Die Oxyfuel Pilotanlage von Vattenfall Möglichkeiten der CO2-Speicherung / Nutzung Speicherung z.b.: Saline Aquifere Leere Gaslagerstätten Nutzung z.b.: EOR EGR Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 24

25 Die Oxyfuel Pilotanlage von Vattenfall CO2-Speicherkapazitäten in Deutschland 11 E 12 E 13 E 14 E Die gesamte Speicherkapazität in Deutschland: Ostsee Saline Aquifere: Die Speicherkapazität geologischer Strukturen wird heute auf 33 ± 10 Gt CO 2 geschätzt. 30 Gt CO 2 entsprechen den Emissionen von 60 Braunkohle-Kraftwerken mit einer jeweiligen Leistung von MW betrieben über 40 Jahre. 54 N 53 N 54 N 53 N Öl- und Gasfelder: Die Speicherkapazität wird auf 2,3 Gt CO 2 geschätzt. 2,3 Gt entsprechen den Emissionen von mehr als vier Braunkohle-Kraftwerken mit einer jeweiligen Leistung von MW betrieben über 40 Jahre. 52 N 11 E 12 E 13 E 14 E Schwarze Pumpe!. 52 N Aquifere < 1000 m Aquifere Aalen Gebiete ohne Aquifere Grundgebirge Quelle: BGR Geozentrum Hannover Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 25

26 Möglichkeiten der CO 2 -Nutzung für die Pilotanlage 1) Einspeicherung in Ketzin CO2 Transport CO2 CO 2 SINK 2) Eigener Speicher CO2 Transport CO2 3) Verkauf CO2 Transport CO2 Industrielle Verarbeitung 4) Rückverdampfung CO Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 26

27 Übersicht 1. Braunkohleverstromung in der Lausitz die Grundlastkraftwerke der VE-G 2. Innovation aus Sicht eines Energieerzeugers 3. Innovation durch Effizienzsteigerung an bestehenden Anlagen 4. Innovationen an aktuellen Investitionsprojekten 5. Innovationen bei der Entwicklung neuer Verfahrenstechniken Oxyfuel Pilotanlage 6. Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten 7. Zusammenfassung Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 27

28 Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten HTSL-Kurzschluss-Strombegrenzer Anwendung der Hochtemperatur- Supraleitung (HTSL) zur Kurzschlussstrombegrenzung im Kraftwerks-Eigenbedarf Feldanwendung eines Prototypen von einem resistiven HTSL- Strombegrenzer im 10-kV-Eigenbedarfsnetz eines VE-G Kraftwerkes geplant Projektlaufzeit: 2006 bis 2009 Quelle: NEXANS SuperConductors Wirtschaftlichkeit und Kosteneffizienz durch geringere Investitionen in die Schaltanlagen für zukünftige KW-Projekte (Begrenzung der Kurzschlussströme und entsprechend geringere Dimensionierung der Schaltanlagen) Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 28

29 Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten Optimierung der Feuerung durch SoftComputing Optimierung der Prozessführung einer Dampferzeugerfeuerung durch modellgestützte Regelungsverfahren mit SoftComputing-Methoden Feuerungsmodellierung Dampferzeuger Luft - Künstliche Neuronale Netze (KNN) - Fuzzy-Systemen Ziel: Positive Beeinflussung der Feuerungslage und Vergleichmäßigung der Feuerraumendtemperatur im Dampferzeuger Brennstoff Feuerung Projektpartner: BTU / CEBra FH Zittau/Görlitz Laufzeit: 2006 bis 2008 Optimierung der Dampferzeugerprosessführung Wirtschaftlichkeit, Kosteneffizienz und Umweltschutz durch Verringerung des Verschleißes an Dampferzeugerheizflächen, Erhöhung des DE-Wirkungsgrades, sowie Minimierung von Emissionen (CO, NOx) Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 29

30 Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten Neue Hochtemperatur-Werkstoffe COMTES 700 Frischdampftemperaturen bis 700 C Frischdampfdrücke bis 300 bar Ziel: Steigerung der Netto-Wirkungsgrade auf > 50% Netto- Kraftwerkswirkungsgrad KW Jänschwalde 535 C 540 C 169 bar 36,3 KW Schwarze Pumpe 547 C 565 C 268 bar 41,2 5,1 KW Lippendorf 554 C 583 C 267 bar 42,8 1,6 580 C 600 C 270 bar 43,5 0,7 Carnot-Wirkungsgrad Box R 600 C 610 C 285 bar 43,9 0,4 600 C 620 C 285 bar 44,1 0,2 49,8 625 C 640 C 300 bar 44,8 0,7 integrierte Trocknung 5,0 700 C 720 C 300 bar 51,4 1,6 10CrMo 9.10 P91 P91 P91 E911 / P92 NF616 NF12 NF12 Ni-Basis- Legierung Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 30

31 Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten Braunkohletrocknungsverfahren Ziel: Weiterentwicklung von Konzepten für Braunkohle-KW zur Erhöhung der Netto-Wirkungsgrade und Reduktion von CO 2 -Emissionen VE-G verfolgt die Technologie der druckaufgeladenen Dampfwirbelschichttrocknung (DDWT) Potential: η = 4 5 %-Punkte BTU: Versuchsanlage (0,5 t TBk /h) Planung einer großtechnischen Versuchsanlage am Standort Schwarze Pumpe (ca. 10 t TBk /h) Versuchsbetrieb ab 2009 geplant Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 31

32 Fazit & Ausblick Vattenfall Europe hat in der Vergangenheit durch Investitionen in bestehende Anlagen und den Neubau von Kraftwerken die Effizienz der Braunkohleverstromung signifikant erhöht. Damit einhergehend konnten die CO 2 -Emissionen unserer Kraftwerke seit 1990 deutlich gesenkt werden (-35 %). Auch in Zukunft wollen wir als Beitrag zu Ressourcenschonung und Klimaschutz den Weg der technischen Innovationen zur Erhöhung der Netto-Wirkungsgrade unserer Kraftwerke weiter gehen. Bis 2020 sind Netto-Wirkungsgrade > 51% möglich. Ein zweiter Weg zum Klimaschutz ist für uns die Entwicklung der Oxyfuel-Technologie zum Kohlenkraftwerk ohne CO 2 -Emissionen. Aus heutiger Sicht ist eine großtechnische Realisierung ab 2020 möglich Innovation und Effizienzsteigerung H. Altmann Technik 32

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!